《生物制药技术及其课件制剂》

生物制药技术及其制剂生物制药技术代表了现代医药产业的前沿发展方向，融合了生物技术、基因工程、细胞工程等多个学科领域本课程将系统介绍生物技术药物的设计与开发原理、现代生物制药技术在临床医学中的创新应用以及未来发展前景生物制剂作为新一代药物，具有靶向性强、特异性高、副作用小等独特优势，但同时也面临着结构复杂、制备工艺要求严格、质量控制难度大等技术挑战通过深入学习生物制药技术的核心原理和关键技术，我们将掌握这一领域的最新发展动态课程概述12课程目标与学习成果主要内容模块介绍掌握生物制药技术的基本原涵盖基因工程、细胞工程、抗理，培养学生的科研思维和实体工程、发酵工程等核心技践能力，为将来从事生物制药术，以及生物制剂开发、质量相关工作奠定坚实基础控制、产业化等关键环节3实践与理论结合的教学方法采用案例教学、实验操作、企业参观等多元化教学方式，注重培养学生的动手能力和创新思维生物技术药物基本概念生物技术药物的定义与范围与传统化学药物的区别生物技术药物是指利用现代生物技术手段，通过基因工程、细胞与传统小分子化学药物相比，生物技术药物具有分子量大、结构工程、酶工程等技术制备的具有生物活性的药物分子这类药物复杂、活性依赖于三维结构等特点在作用机制上更加精准，能主要包括重组蛋白、单克隆抗体、基因治疗产品、细胞治疗产品够实现靶向治疗，但制备工艺更加复杂，成本相对较高等生物技术药物的分类按功能分类治疗性生物药物用于疾病治疗，诊断性药物用于疾病检测，预防性药物如疫苗按来源分类用于疾病预防重组蛋白药物、单克隆抗体、疫苗、血液制品等，根据制备来源和技术路径进行分类按分子结构分类多肽类药物、蛋白质类药物、核酸类药3物，根据分子结构特征和大小进行分类生物技术药物的特点大分子复杂结构活性依赖于结构完整性生物技术药物通常为大分子化合生物活性与分子的空间构象密切物，具有复杂的二级、三级甚至相关，任何结构的改变都可能导四级结构这种复杂性使得其合致活性丧失这要求在整个生产成、纯化和质量控制都面临巨大过程中必须严格控制温度、pH挑战，需要精密的生产工艺和严值、离子强度等因素，确保产品格的质量标准质量的一致性生物来源的特异性多数生物技术药物来源于活细胞系统，具有种属特异性和免疫原性这种特性既是其治疗优势，也可能引起免疫反应，需要在药物设计时充分考虑安全性问题生物制药行业发展现状$350B全球市场规模2023年全球生物制药市场规模，预计年增长率超过8%$180B中国市场潜力中国生物制药市场规模，占全球市场份额约15%45%抗体药物占比单克隆抗体在生物药物市场中的占有率12年均新药数量近年来每年获批上市的重要生物技术药物数量生物制药行业发展趋势精准医疗的推动作用基于基因组学、蛋白质组学的个体化治疗需求不断增长，推动生物制药向精准化、个性化方向发展，为罕见病和复杂疾病提供更有效的治疗方案新兴技术的融合应用人工智能、机器学习、CRISPR基因编辑等前沿技术与传统生物制药技术深度融合，加速药物发现进程，提高研发效率和成功率研发模式的转变从传统的线性研发模式向网络化、协同化模式转变，产学研合作更加紧密，开放式创新成为主流趋势监管环境的变化监管部门不断完善生物药物评价体系，加快审批流程，同时加强上市后监管，为行业健康发展提供制度保障基因工程制药概述1基因工程技术的基本原理利用分子生物学技术，将外源基因导入宿主细胞，实现目标蛋白的表达和生产2基因工程药物的主要类型包括重组蛋白药物、重组疫苗、基因治疗药物等多种类型3基因工程制药的特点具有产量高、纯度好、活性强、可大规模生产等显著优势基因工程药物开发流程目标基因的选择与克隆根据药物功能需求，选择合适的目标基因，采用PCR扩增、限制性酶切等方法进行基因克隆基因序列的准确性和完整性是后续工作的基础，需要通过测序验证确保基因信息的正确性表达系统的构建将目标基因插入合适的表达载体，构建重组表达系统选择合适的启动子、信号肽和标签序列，优化基因表达水平表达系统的选择直接影响蛋白质的产量、活性和后续纯化工艺转录与翻译优化通过密码子优化、培养条件控制等方法提高目标蛋白的表达水平监测蛋白质的表达情况，分析可溶性表达和包涵体形成的比例，为后续纯化工艺设计提供依据产物的分离纯化设计合理的纯化流程，去除宿主细胞蛋白、内毒素等杂质，获得高纯度的目标蛋白采用多种色谱技术相结合的策略，确保最终产品满足药用标准的质量要求表达系统选择表达系统优点缺点适用范围大肠杆菌生长快速、成无糖基化修简单蛋白质、本低、操作简饰、易形成包小分子多肽单涵体酵母系统具备糖基化能糖链结构与人中等复杂度蛋力、分泌表达不同白质哺乳动物细胞翻译后修饰完培养成本高、复杂蛋白质、整、生物活性生长缓慢抗体药物高昆虫细胞蛋白质折叠正糖基化模式差病毒载体、疫确、可大规模异苗生产培养重组蛋白药物实例重组人胰岛素重组生长激素重组干扰素世界上第一个成功商业化的重组蛋白药用于治疗儿童生长激素缺乏症，采用大肠具有抗病毒、抗肿瘤和免疫调节作用，广物，采用大肠杆菌表达系统生产，极大改杆菌或哺乳动物细胞表达系统生产与从泛用于病毒性肝炎、某些恶性肿瘤的治善了糖尿病患者的治疗效果现代胰岛素人垂体提取的天然生长激素相比，重组生疗通过基因工程技术生产的重组干扰素制剂包括速效、长效等多种类型，满足不长激素避免了传染病风险，安全性更高纯度高、活性强，已成为临床重要的生物同患者的治疗需求药物细胞工程技术概述细胞工程的基本概念通过细胞培养技术获得药物制药中的应用领域疫苗生产、抗体制备、细胞治疗细胞培养技术发展从简单培养到大规模工业化生产细胞工程技术是现代生物制药的重要组成部分，通过体外培养动物、植物或微生物细胞来生产具有生物活性的药物该技术的发展为疫苗生产、单克隆抗体制备、细胞治疗等领域提供了强有力的技术支撑，已成为生物制药产业的核心技术之一细胞培养技术悬浮培养与贴壁培养批次培养与连续培养悬浮培养适用于血液系统细胞和某些转化细胞株，细胞在培养基批次培养是将细胞接种到有限体积的培养基中，细胞在封闭系统中自由悬浮生长，便于大规模培养和收获贴壁培养则适用于大中生长至收获连续培养则通过不断补充新鲜培养基并移除部分多数原代细胞和细胞株，细胞需要附着在培养器皿表面生长培养物，维持细胞在稳定状态下长期生长，提高生产效率细胞工程药物实例疫苗生产应用细胞因子类药物细胞治疗产品利用细胞培养技术生产通过工程化细胞株生产利用干细胞、免疫细胞病毒疫苗，如流感疫各种细胞因子，如白细等进行细胞治疗产品的苗、脊髓灰质炎疫苗胞介素、肿瘤坏死因子开发CAR-T细胞治等细胞培养疫苗具有等这些药物在肿瘤治疗、间充质干细胞治疗纯度高、安全性好的特疗、免疫调节等方面发等代表了细胞治疗的前点，已逐步替代传统的挥重要作用，为多种疾沿方向，为难治性疾病鸡胚培养方法，成为现病提供了新的治疗选提供了新的治疗希望代疫苗生产的主流技择术抗体工程概述抗体结构与功能基础了解抗体的基本结构和作用机制抗体工程的发展历程从多克隆到单克隆再到人源化抗体制药中的重要性现代生物制药的重要组成部分抗体工程是利用分子生物学和蛋白质工程技术，设计和改造抗体分子以获得具有特定功能的抗体药物抗体具有高度的特异性和亲和力，能够精确识别和结合特定的抗原靶点，是实现精准医疗的重要工具单克隆抗体技术人源化抗体技术通过基因工程技术，将鼠源抗体的可变2区移植到人抗体骨架上，减少免疫原杂交瘤技术性，提高临床应用安全性将产生特异性抗体的B细胞与永生化的骨髓瘤细胞融合，获得既能产生特异性全人源抗体开发抗体又能无限增殖的杂交瘤细胞株利用转基因小鼠、噬菌体展示技术等方法，直接获得完全人源化的抗体，进一步提高抗体药物的安全性和有效性抗体药物设计策略抗体片段设计开发Fab、scFv等抗体片段，具有分子量小、组织穿透性好的优势，适用于某些特殊的治疗需求和诊断应用双特异性抗体能够同时结合两个不同抗原的工程化抗体，可将效应细胞与靶细胞连接，或同时阻断两个信号通路，提高治疗效果抗体-药物偶联物ADC将细胞毒性药物通过连接子与抗体偶联，利用抗体的靶向性将毒性药物精确递送至肿瘤细胞，提高疗效并减少副作用计算机辅助设计利用生物信息学和计算机建模技术，预测抗体-抗原相互作用，指导抗体的理性设计和优化，提高研发效率抗体药物实例分析药物名称适应症作用机制市场表现曲妥珠单抗HER2阳性乳阻断HER2受年销售额超过腺癌体信号传导70亿美元阿达木单抗类风湿关节炎中和TNF-α炎全球最畅销生症因子物药物贝伐珠单抗结直肠癌、肺抑制血管内皮抗血管生成治癌生长因子疗的里程碑帕博利珠单抗多种恶性肿瘤PD-1免疫检查免疫治疗领域点抑制的重要突破发酵工程制药基础工业发酵基本原理发酵工艺参数控制发酵设备设计操作利用微生物的代谢活动生产药物温度、pH、溶氧等关键参数监控反应器设计与自动化控制系统发酵工程是利用微生物的生命活动过程来生产有用产品的技术在制药工业中，发酵技术被广泛应用于抗生素、维生素、氨基酸、有机酸等药物的生产现代发酵工程集成了微生物学、生物化学、化学工程等多个学科的知识发酵工程制药工艺流程菌种选育与保藏筛选高产菌株，建立菌种保藏体系，确保生产菌株的遗传稳定性和生产性能的一致性发酵培养基优化设计最适的营养配比，平衡碳源、氮源、无机盐和生长因子，为微生物提供最佳的生长和产物合成环境发酵过程监测控制实时监测发酵参数，调控温度、pH值、溶氧量、搅拌速度等关键工艺参数，确保发酵过程的稳定性产物分离与纯化通过离心、过滤、萃取、色谱等分离技术，从发酵液中分离纯化目标产物，获得符合药用标准的最终产品发酵工程药物实例抗生素的发酵生产维生素的发酵生产青霉素是发酵工程制药的典型代维生素B

12、维生素C等重要维生表，通过青霉菌发酵生产现代素可通过微生物发酵生产发酵抗生素生产已实现高度自动化，法生产维生素具有原料易得、工产量大幅提升链霉素、红霉艺环保、成本低廉的优势，已成素、庆大霉素等多种抗生素都采为维生素工业生产的主要方法用发酵法生产，为人类健康做出巨大贡献氨基酸的发酵生产谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸等氨基酸药物通过微生物发酵大规模生产氨基酸发酵技术的发展推动了营养保健品和医药中间体产业的快速发展酶工程制药概述工业酶的特性与应用高效、专

一、环保的生物催化剂酶工程的基本原理酶的改造、固定化和应用技术制药中的作用药物合成、手性化合物制备、质量检测酶工程是利用酶的生物催化特性进行药物生产和质量控制的技术酶具有高效性、专一性和温和反应条件等优势，在手性药物合成、药物中间体制备、生物检测等方面发挥重要作用现代酶工程技术通过蛋白质工程手段可以改善酶的稳定性、活性和选择性酶制剂开发技术酶制剂的稳定性研究酶反应器设计研究酶在储存和使用过程中的稳定酶的固定化技术设计适合酶催化反应的生物反应性，开发合适的制剂配方和保存条酶的筛选与改造将酶固定在不溶性载体上，实现酶器，优化传质传热条件，控制反应件通过添加保护剂、控制水分活从自然界筛选具有特定催化活性的的重复使用和连续反应固定化酶环境参数采用填充床、流化床、度、优化包装方式等措施，延长酶酶，通过定向进化、理性设计等蛋具有稳定性好、易于分离回收、可膜反应器等不同类型，实现酶催化制剂的有效期和使用寿命白质工程技术改造酶的性质提高连续操作等优势，大大降低了生产反应的高效进行和产物的连续分酶的热稳定性、pH适应性和催化效成本，提高了工业化应用的可行离率，使其更适合工业化应用的苛刻性条件酶工程药物实例诊断用酶制剂治疗用酶制剂葡萄糖氧化酶用于血糖检测试纸，胆固醇酯酶用于血脂检测这胰酶用于消化不良治疗，透明质酸酶用于组织渗透增强，尿激酶些诊断酶具有高特异性和灵敏度，为临床检验提供了快速、准确用于血栓溶解治疗治疗用酶制剂能够补充体内缺乏的酶活性或的检测手段，广泛应用于医院和家庭自测发挥特定的生物学功能•血糖检测试纸•消化酶制剂•肝功能检测试剂•溶栓酶药物•心肌酶谱检测•抗炎酶制剂转基因动物制药技术转基因动物构建原理将外源基因导入动物受精卵或胚胎干细胞中，使其整合到动物基因组中并稳定遗传通过胚胎移植技术获得转基因动物，这些动物能够表达人类蛋白质或具有特定的疾病模型特征乳腺生物反应器利用转基因动物的乳腺作为生物反应器生产重组蛋白药物在乳腺特异性启动子控制下，目标蛋白在乳汁中高效表达，通过挤奶收集并纯化获得药用蛋白质，生产成本相对较低优势与挑战转基因动物制药具有表达量大、翻译后修饰完整的优势，但也面临着伦理争议、生产周期长、成本高昂等挑战需要在技术进步和伦理规范之间寻求平衡发展基因治疗技术概述基因治疗的基本原理通过将正常基因导入患者体内，纠正缺陷基因或补充缺失基因功能，从根本上治疗遗传性疾病基因治疗代表了从症状治疗向病因治疗的重大转变基因递送系统的类型包括病毒载体（逆转录病毒、腺病毒、慢病毒等）和非病毒载体（脂质体、聚合物、物理方法等）选择合适的递送系统是基因治疗成功的关键因素基因治疗的临床应用状态目前已有多个基因治疗产品获得批准上市，主要用于治疗某些遗传性疾病、恶性肿瘤和免疫缺陷病基因治疗正从实验室研究走向临床应用的新阶段基因递送系统递送系统载体类型优点缺点逆转录病毒病毒载体转导效率高、有致癌风险、基因整合稳定宿主范围有限腺病毒病毒载体转导效率高、免疫原性强、宿主范围广表达短暂慢病毒病毒载体可转导非分裂制备复杂、安细胞、表达稳全性担忧定脂质体非病毒载体安全性好、制转染效率相对备简单较低基因治疗实例分析遗传性疾病基因治疗肿瘤基因治疗25%的应用领域45%的应用领域1•囊性纤维化基因治疗•肿瘤抑制基因补充•血友病基因治疗•自杀基因治疗•免疫缺陷病治疗•免疫基因治疗感染性疾病基因治疗伦理考量10%的研究关注20%的应用领域基因治疗需要充分考虑伦理问题，特别是胚•艾滋病基因治疗系基因编辑的安全性和社会影响•病毒性肝炎治疗生物技术药物制剂概述1生物制剂的定义与特点生物制剂开发的挑战制剂类型与给药途径生物制剂是指利用生物技术生产的生物制剂开发面临蛋白质稳定性包括注射剂、吸入剂、口服制剂等药物制剂，包括蛋白质、多肽、抗差、免疫原性风险、制备工艺复多种剂型，给药途径涵盖静脉、肌体、疫苗等与化学药物相比，生杂、质量控制困难等挑战，需要特肉、皮下注射以及口服、吸入、经物制剂具有分子量大、结构复杂、殊的制剂技术和质量控制方法皮等非注射给药方式稳定性差等特点生物药物稳定性问题影响稳定性的因素温度、pH、离子强度、光照、氧化等多种因素都会影响生物药物的稳定性物理稳定性与化学稳定性2包括蛋白质变性、聚集、沉淀等物理不稳定性和氧化、脱酰胺等化学不稳定性稳定性评价方法采用加速试验、强制降解试验等方法评价药物稳定性，建立有效期提高稳定性的策略通过添加稳定剂、优化配方、改善包装等方式提高生物药物稳定性蛋白质药物注射剂蛋白质注射剂处方设计冻干技术应用蛋白质注射剂的处方设计需要考虑蛋白质的理化性质、稳定性要冻干技术是蛋白质注射剂常用的干燥方法，能够在低温下除去水求和临床使用需求处方中通常包含缓冲剂维持适宜的pH值，分，最大程度保持蛋白质的生物活性冻干产品具有稳定性好、等渗调节剂调节渗透压，抗氧剂防止氧化，防腐剂抑制微生物生储存期长的优势，是蛋白质药物制剂的重要技术手段冻干工艺长处方组成的优化对保证产品质量至关重要参数的控制直接影响产品质量多肽类药物制剂技术多肽药物的特性与挑战多肽制剂的设计原则多肽药物具有活性高、特异性强的优基于多肽的理化性质和临床需求，选择势，但同时面临着口服生物利用度低、合适的给药途径和制剂类型，优化处方酶解稳定性差、半衰期短等问题，需要组成，提高多肽的稳定性和生物利用度特殊的制剂技术解决代表性多肽药物制剂多肽药物递送系统胰岛素制剂、生长抑素类似物、促性腺开发脂质体、纳米粒、微球等新型递送激素释放激素类似物等多肽药物制剂的系统，保护多肽免受酶解，实现靶向递成功开发为该领域提供了宝贵经验送和缓释给药，提高治疗效果蛋白质非注射给药系统口服蛋白质制剂经鼻给药系统口服给药是最理想的给药途径，鼻腔给药具有吸收快速、避免首但蛋白质在胃肠道中易被酶解和过效应的优势，适用于小分子蛋酸性环境破坏通过肠溶包衣、白质和多肽药物通过添加吸收酶抑制剂、吸收促进剂等技术手促进剂、粘附剂等辅料，可以提段，可以提高口服蛋白质的生物高药物的鼻腔渗透性和滞留时利用度目前已有口服胰岛素等间，实现有效的全身或局部治产品进入临床试验阶段疗经肺给药系统肺部给药利用肺泡表面积大、血流丰富的特点，实现蛋白质药物的快速吸收吸入给药系统包括定量吸入器、干粉吸入器等，适用于呼吸系统疾病的局部治疗和某些全身性疾病的治疗缓控释生物制剂微球与微囊技术水凝胶载体系统脂质体与类脂质载体将蛋白质药物包封在聚合物水凝胶具有高含水量、良好脂质体是由磷脂双分子层构微球或微囊中，通过控制聚的生物相容性等特点，可作成的囊泡结构，可以包载水合物的降解速度实现药物的为蛋白质药物的载体通过溶性和脂溶性药物长循环缓慢释放PLGA微球是最常调节水凝胶的交联密度和降脂质体、靶向脂质体等新型用的载体材料，具有良好的解性能，可以控制药物的释制剂技术可以延长药物在体生物相容性和可降解性，可放速度，实现局部给药和缓内的循环时间，提高靶器官实现数周到数月的缓释给释效果的药物浓度药原位凝胶系统原位凝胶是在注射部位由溶液状态转变为凝胶状态的给药系统通过温度、pH或离子浓度的变化触发凝胶化，可以实现药物的缓释给药，延长给药间隔，提高患者的依从性靶向递送系统靶向递送原理与方法主动靶向与被动靶向细胞内靶向策略器官特异性递送利用载体的修饰和设计，使药被动靶向依靠EPR效应，主动通过载体设计实现药物在细胞针对特定器官的生理特点设计物选择性地分布到特定的器靶向通过配体-受体识别实现内特定细胞器的定位，如溶酶递送系统，如肝靶向、脑靶官、组织或细胞中，提高治疗特异性结合体、细胞核等向、肺靶向等效果，减少副作用生物制药质量控制质量控制的重要性确保产品安全有效生物活性测定方法细胞培养、酶活性、免疫学方法杂质分析技术HPLC、SDS-PAGE、质谱分析质量标准的建立制定全面的质量控制标准体系生物制药的质量控制比化学药物更加复杂，需要建立完整的质量控制体系从原料到最终产品的每个环节都要进行严格的质量监控，确保产品的安全性、有效性和质量一致性生物药物分析技术蛋白质含量测定采用Bradford法、BCA法、Lowry法等比色法测定蛋白质总含量，UV法测定特定蛋白浓度，为后续分析提供基础数据蛋白质结构分析利用圆二色谱分析二级结构，荧光光谱分析三级结构变化，差示扫描量热法分析热稳定性，确保蛋白质结构完整性纯度与杂质检测SDS-PAGE分析蛋白质纯度和分子量，HPLC检测相关物质，IEF分析等电点，确保产品符合纯度要求生物活性评价建立特异性生物活性检测方法，如酶活性测定、细胞增殖试验、受体结合试验等，评价药物的生物学功能生物等效性评价生物等效性的概念与意义生物等效性是指同一活性成分的不同制剂在相同试验条件下，其活性成分的吸收速度和程度无统计学差异对于生物仿制药的开发和注册具有重要意义，是证明产品安全有效的关键依据体内生物等效性试验设计采用随机、双盲、交叉或平行设计的临床试验，比较受试制剂与参比制剂的药代动力学参数试验设计需要考虑受试者选择、样本量计算、采血时间点设置等关键要素体外释放度试验方法建立体外释放度试验方法，评价制剂的释药特性通过多种释放介质和条件的试验，建立体外释放与体内吸收的相关性，为制剂优化和质量控制提供依据数据分析与评价标准采用统计学方法分析药代动力学数据，计算生物等效性的置信区间按照法规要求，AUC和Cmax的90%置信区间应在80%-125%范围内，满足生物等效性要求生物制药工艺放大。